拓撲結構

拓撲結構是指網路中各個站點相互連線的形式，在區域網路中明確一點講就是檔案伺服器、工作站和電纜等的連線形式。現在最主要的拓撲結構有匯流排型拓撲、星形拓撲、環形拓撲、樹形拓撲（由匯流排型演變而來）以及它們的混合型。顧名思義，匯流排型其實就是將檔案伺服器和工作站都連在稱為匯流排的一條公共電纜上，且匯流排兩端必須有終結器；星形拓撲則是以一台設備作為中央連線點，各工作站都與它直接相連形成星型；而環形拓撲就是將所有站點彼此串列連線，像鏈子一樣構成一個環形迴路；把這三種最基本的拓撲結構混合起來運用自然就是混合型。

計算機網路的拓撲結構是引用拓撲學中研究與大小、形狀無關的點、線關係的方法，把網路中的計算機和通信設備抽象為一個點，把傳輸介質抽象為一條線，由點和線組成的幾何圖形就是計算機網路的拓撲結構。

基本介紹

• 中文名：拓撲結構
• 相關學科：計算機網路
• 具體：由點和線組成的幾何圖形
• 分類：匯流排型拓撲、星形拓撲

結構作用

網路的拓撲結構反映出網中各實體的結構關係，是建設計算機網路的第一步，是實現各種網路協定的基礎，它對網路的性能，系統的可靠性與通信費用都有重大影響。

結構分類

計算機網路的最主要的拓撲結構有匯流排型拓撲、環形拓撲、樹形拓撲、星形拓撲、混合型拓撲以及網狀拓撲。其中環形拓撲、星形拓撲、匯流排型拓撲是三個最基本的拓撲結構。在區域網路中，使用最多的是星形結構。

網路的拓撲結構：網路拓撲結構是指拋開網路電纜的物理連線來討論網路系統的連線形式，是指網路電纜構成的幾何形狀，它能從邏輯上表示出網路伺服器、工作站的網路配置和互相之間的連線。 它分為邏輯拓撲和物理拓撲結構，這裡講物理拓撲結構。

匯流排型拓撲

匯流排型拓撲是一種基於多點連線的拓撲結構，是將網路中的所有的設備通過相應的硬體接口直接連線在共同的傳輸介質上。匯流排拓撲結構使用一條所有PC都可訪問的公共通道，每台PC只要連一條線纜即可。在匯流排型拓撲結構中，所有網上微機都通過相應的硬體接口直接連在匯流排上， 任何一個結點的信息都可以沿著匯流排向兩個方向傳輸擴散，並且能被匯流排中任何一個結點所接收。由於其信息向四周傳播，類似於廣播電台，故匯流排型網路也被稱為廣播式網路。 匯流排有一定的負載能力，因此，匯流排長度有一定限制，一條匯流排也只能連線一定數量的結點。 最著名的匯流排拓撲結構是乙太網（Ethernet）。

拓撲結構

匯流排布局的特點：結構簡單靈活，非常便於擴充；可靠性高，網路回響速度快；設備量少、價格低、安裝使用方便；共享資源能力強，非常便於廣播式工作，即一個結點傳送所有結點都可接收。

在匯流排兩端連線的器件稱為端結器（末端阻抗匹配器、或終止器），主要與匯流排進行阻抗匹配，最大限度地吸收傳送端部的能量，避免信號反射回匯流排產生不必要的干擾。

匯流排型網路結構是目前使用最廣泛的結構，也是最傳統的一種主流網路結構，適合於信息管理系統、辦公自動化系統領域的套用。

環型拓撲

環形網中各結點通過環路接口連在一條首尾相連的閉合環形通信線路中，就是把每台PC連線起來，數據沿著環依次通過每台PC直接到達目的地，環路上任何結點均可以請求傳送信息。請求一旦被批准，便可以向環路傳送信息。環形網中的數據可以是單向也可是雙向傳輸。信息在每台設備上的延時時間是固定的。 由於環線公用，一個結點發出的信息必須穿越環中所有的環路接口，信息流中目的地址與環上某結點地址相符時，信息被該結點的環路接口所接收，而後信息繼續流向下一環路接口，一直流回到傳送該信息的環路接口結點為止。 特別適合實時控制的區域網路系統。 在環行結構中每台PC都與另兩台PC相連每台PC的接口適配器必須接收數據再傳往另一台。因為兩台PC之間都有電纜，所以能獲得好的性能。 最著名的環形拓撲結構網路是令牌環網（Token Ring）。

比較圖

樹形拓撲結構

樹形拓撲從匯流排拓撲演變而來，形狀像一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個分支還可再帶子分支。 它是匯流排型結構的擴展，它是在匯流排網上加上分支形成的，其傳輸介質可有多條分支，但不形成閉合迴路，樹形網是一種分層網，其結構可以對稱，聯繫固定，具有一定容錯能力，一般一個分支和結點的故障不影響另一分支結點的工作，任何一個結點送出的信息都可以傳遍整個傳輸介質，也是廣播式網路。一般樹形網上的鏈路相對具有一定的專用性，無須對原網做任何改動就可以擴充工作站。 它是一種層次結構，結點按層次連結，信息交換主要在上下結點之間進行，相鄰結點或 同層結點之間一般不進行數據交換。把整個電纜連線成樹型，樹枝分層每個分至點都有一台計算機，數據依次往下傳優點是布局靈活但是故障檢測較為複雜，PC環不會影響全局。

星形拓撲結構

星形拓撲結構是一種以中央節點為中心，把若干外圍節點連線起來的輻射式互聯結構，各結點與中央結點通過點與點方式連線，中央結點執行集中式通信控制策略，因此中央結點相當複雜，負擔也重。 這種結構適用於區域網路，特別是近年來連線的區域網路大都採用這種連線方式。這種連線方式以雙絞線或同軸電纜作連線線路。在中心放一台中心計算機，每個臂的端點放置一台PC，所有的數據包及報文通過中心計算機來通信，除了中心機外每台PC僅有一條連線，這種結構需要大量的電纜，星形拓撲可以看成一層的樹形結構，不需要多層PC的訪問權爭用。星形拓撲結構在網路布線中較為常見。

拓撲示意圖

以星形拓撲結構組網，其中任何兩個站點要進行通信都要經過中央結點控制。中央節點的主要功能有：為需要通信的設備建立物理連線；為兩台設備通信過程中維持這一通路；在完成通信或不成功時，拆除通道。

在檔案伺服器/工作站（File Servers/Workstation）區域網路模式中，中心點為檔案伺服器，存放共享資源。由於這種拓撲結構，中心點與多台工作站相連，為便於集中連線，目前多採用集線器（HUB）。

網狀拓撲

網狀拓撲又稱作無規則結構，結點之間的聯結是任意的，沒有規律。就是將多個子網或多個區域網路連線起來構成網際拓撲結構。在一個子網中，集線器、中繼器將多個設備連線起來，而橋接器、路由器及網關則將子網連線起來。根據組網硬體不同，主要有三種網際拓撲。

拓撲比較圖

（1）網狀網：在一個大的區域內，用無線電通信連路連線一個大型網路時，網狀網是最好的拓撲結構。通過路由器與路由器相連，可讓網路選擇一條最快的路徑傳送數據。

（2）主幹網：通過橋接器與路由器把不同的子網或LAN連線起來形成單個匯流排或環型拓撲結構，這種網通常採用光纖做主幹線。

（3）星狀相連網：利用一些叫做超級集線器的設備將網路連線起來，由於星型結構的特點，網路中任一處的故障都可容易查找並修復。

應該指出，在實際組網中，為了符合不同的要求，拓撲結構不一定是單一的，往往都是幾種結構的混用。

混合型拓撲結構

混合型拓撲結構就是兩種或兩種以上的拓撲結構同時使用。

蜂窩拓撲結構

蜂窩拓撲結構是無線區域網路中常用的結構。

衛星通信拓撲結構

開關電源拓撲

隨著PWM技術的不斷發展和完善，開關電源以其高的性價比得到了廣泛的套用。開關電源的電路拓撲結構很多，常用的電路拓撲有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。其中， 在半橋電路中，變壓器初級在整個周期中都流過電流，磁芯利用充分，且沒有偏磁的問題，所使用的功率開關管耐壓要求較低，開關管的飽和壓降減少到了最小，對輸入濾波電容使用電壓要求也較低。由於以上諸多原因，半橋式變換器在高頻開關電源設計中得到廣泛的套用。

網路拓撲

開關電源常用的基本拓撲約有14種，每種拓撲都有其自身的特點和適用場合。一些拓撲適用於離線式（電網供電的）AC/DC變換器。其中有些適合小功率輸出（<200W），有些適合大功率輸出；有些適合高壓輸入（≥220V AC），有些適合120V AC或者更低輸入的場合；有些在高壓直流輸出（>～200V）或者多組（4～5組以上）輸出場合有的優勢；有些在相同輸出功率下使用器件較少或是在器件數與可靠性之間有較好的折中。較小的輸入/輸出紋波和噪聲也是選擇拓撲經常考慮的因素。

一些拓撲更適用於DC/DC變換器。選擇時還要看是大功率還是小功率，高壓輸出還是低壓輸出，以及是否要求器件儘量少等。另外，有些拓撲自身有缺陷，需要附加複雜且難以定量分析的電路才能工作。

因此，要恰當選擇拓撲，熟悉各種不同拓撲的優缺點及適用範圍是非常重要的。錯誤的選擇會使電源設計一開始就注定失敗。

開關電源常用拓撲：buck開關型調整器拓撲 、boost開關調整器拓撲 、反極性開關調整器拓撲 、推挽拓撲 、正激變換器拓撲 、雙端正激變換器拓撲 、交錯正激變換器拓撲 、半橋變換器拓撲 、全橋變換器拓撲 、反激變換器 、電流模式拓撲和電流饋電拓撲 、SCR振諧拓撲 、CUK變換器拓撲

開關電源各種拓撲集錦先給出六種基本DC/DC變換器拓撲，依次為buck、boost、buck-boost、cuk、zeta、sepic變換器。

結構特徵

綜合以上所述，可總結出以下計算機網路拓撲結構特點。

一、匯流排型拓撲結構是將網路中的所有設備通過相應的硬體接口直接連線到公共匯流排上，結點之間按廣播方式通信，一個結點發出的信息，匯流排上的其它結點均可“收聽”到。

• 優點：

1. 匯流排結構所需要的電纜數量少。
2. 匯流排結構簡單，又是無源工作，有較高的可靠性。
3. 易於擴充，增加或減少用戶比較方便。
4. 布線容易。

• 缺點：

1. 匯流排的傳輸距離有限，通信範圍受到限制。
2. 故障診斷和隔離較困難。
3. 分散式協定不能保證信息的及時傳送，不具有實時功能。
4. 所有的數據都需經過匯流排傳送，匯流排成為整個網路的瓶頸。
5. 由於信道共享，連線的節點不宜過多，匯流排自身的故障可以導致系統的崩潰。
6. 所有的PC不得不共享線纜，如果某一個節點出錯，不影響整個網路，如果匯流排出現故障就會影響整個網路。

二、星形拓撲結構的每個節點都由一條單獨的通信線路與中心節點連結。結構簡單、容易實現、便於管理，通常以集線器作為中央節點，便於維護和管理。

• 優點：

1. 集中控制，控制簡單。
2. 故障診斷和隔離容易。
3. 方便服務。
4. 網路延遲時間短，誤碼率低。

• 缺點：

1. 電纜長度和安裝工作量可觀。
2. 中央節點的負擔較重，形成瓶頸。 中心結點出現故障會導致網路的癱瘓。
3. 各站點的分布處理能力較低。
4. 網路共享能力較差，通信線路利用率不高。

三、環形拓撲結構各結點通過通信線路組成閉合迴路，環中數據只能單向傳輸。

• 優點：

1. 結構簡單。
2. 增加或減少工作站時，僅需簡單的連線操作。
3. 可使用光纖，傳輸距離遠。
4. 電纜長度短。
5. 傳輸延遲確定。
6. 信息在網路中沿固定方向流動，兩個結點間僅有唯一的通路，大大簡化了路徑選擇的控制。

• 缺點：

1. 環網中的每個結點均成為網路可靠性的瓶頸，任意結點出現故障都會造成網路癱瘓。
2. 故障檢測困難。
3. 環形拓撲結構的媒體訪問控制協定都採用令牌傳達室遞的方式，在負載很輕時，信道利用率相對來說就比較低。
4. 由於信息是串列穿過多個結點環路接口，當結點過多時，影響傳輸效率，使網路回響時間變長；
5. 由於環路封閉故擴充不方便。

四、樹形拓撲結構是一種層次結構，結點按層次連結，信息交換主要在上下結點之間進行，相鄰結點或同層結點之間一般不進行數據交換。

• 優點：

1. 連結簡單，維護方便，適用於匯集信息的套用要求。
2. 易於擴展。
3. 故障隔離較容易。

• 缺點：

1. 資源共享能力較低，可靠性不高，任何一個工作站或鏈路的故障都會影響整個網路的運行。
2. 並且各個節點對根的依賴性太大。

五、網狀拓撲結構又稱作無規則結構，節點之間的聯結是任意的，沒有規律。

• 優點：

1. 系統可靠性高，比較容易擴展，但是結構複雜，每一結點都與多點進行連結，因此必須採用路由算法和流量控制方法。目前廣域網基本上採用網狀拓撲結構。

六、混合型拓撲結構就是兩種或兩種以上的拓撲結構同時使用。

• 優點：

1. 可以對網路的基本拓撲取長補短。

• 缺點：

1. 網路配置掛包那裡難度大。

七、蜂窩拓撲結構蜂窩拓撲結構是無線區域網路中常用的結構。它以無線傳輸介質（微波、衛星、紅外線、無線發射台等）點到點和點到多點傳輸為特徵，是一種無線網，適用於城市網、校園網、企業網，更適合於移動通信。在計算機網路中還有其他類型的拓撲結構，如匯流排型與星形混合、匯流排型與環形混合連線的網路。在區域網路中，使用最多的是星形結構。

• 優點：

1. 無需架設物理連線介質。

• 缺點：

1. 適用範圍較小。